一种带氧气回收系统的制氮装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体制备设备，更具体地说，它涉及一种带氧气回收系统的制氮
目.0
【背景技术】
[0002]变压吸附制氮装置，简称PSA制氮装置，是一种先进的气体分离装置，在常温制气方面具有不可替代的地位。采用PSA制氮装置进行制氮是一项在常温下从空气中直接制取氮气的高新节能的分离技术，其利用压缩空气进入吸附塔后经除油、除水、除尘等一系列净化后在变压吸附作用下分离产生氮，由于动力学效应，氧在吸附塔内碳分子筛上的扩散速率明显高于氮，在吸附未达到平衡时，氮在气相中被富集起来，采用自动控制技术，可实现氮气的连续生产。现有的PSA制氮装置多采用如图1所示的“八阀流程”的生产工艺，制氮效率及品质相对较低，而且只能单纯产出氮气，而分离出来含氧量较高的气体则通过消声器吸声之后被当作废气排到大气中，未能进行任何收集利用而白白浪费。公开号为CN203781845U的实用新型于2014年8月20日公开了一种锦纶6切片生产用的制氮机氧气回收利用装置，包括制氮机和锅炉，制氮机的排气口通过进气管连接有一只氧气贮罐，在所述进气管上设有三通阀，三通阀上还连接有排气管，所述进气管上位于三通阀后方的位置设有单向阀，所述单向阀上并联有旁通管，所述旁通管上先后设有第二单向阀和增压输送装置；所述氧气贮罐通过出气管连接风机，在出气管上设有阀门；所述风机通过送气管连接有缓冲罐，所述缓冲罐通过吹风管连接所述锅炉的进气口，所述吹风管上设有第二风机。从制氮机排出的高氧废气可通过增压输送装置增压使氧气贮罐具有较高的压力，这个压力可以和风机一起作用有效地输送高氧废气。但该实用新型应用于锦纶6切片生产用的制氮机上，其结构与PS吸附制氮装置有所不同，因此该实用新型的适用性有限。
【发明内容】
[0003]现有的PSA吸附制氮装置制氮的效率及品质相对较低，而且对于分离出来含氧量较高的气体缺少专门的处理，导致有益资源利用不足，为克服这些缺陷，本发明提供了一种既可提高制氮的效率及品质，又能对分离出的高氧气体进行回收的带氧气回收系统制氮装置。
[0004]本发明的技术方案是:一种带氧气回收系统的制氮装置，包括第一吸附塔、第二吸附塔和成品罐，第一吸附塔和第二吸附塔的顶部间及底部间均通过输气管道相连，且各管道上均设有阀门，第一吸附塔和第二吸附塔的顶部输气管道与成品罐连通，第一吸附塔中部与第二吸附塔中部间连有中位管道，第一吸附塔和第二吸附塔间的底部输气管道与中位管道连通，中位管道上也设有阀门，第一吸附塔和第二吸附塔间的底部输气管道上连有氧气回收装置。第一吸附塔和第二吸附塔都可以通过内部的碳分子筛吸附输入压缩空气中的氧气，分离出氮气，在其中一个吸附塔分离氮气时，另一个吸附塔则进行再生，即通过内外压差逼出被碳分子筛吸附的氧气并排出，第一吸附塔和第二吸附塔循环交替地进行氮气输出和再生。传统的八阀流程均压工艺是使两个吸附塔上下同时均压，即均压时各吸附塔顶部、底部阀门同时打开，实现第一吸附塔、第二吸附塔压力平衡，当第一吸附塔吸附结束时，第一吸附塔内氮气纯度分布上高下低即为倒三角形分布，第一吸附塔、第二吸附塔开始上下均压，均压结束后，第二吸附塔内氮气纯度分布和第一吸附塔基本相同，第一吸附塔、第二吸附塔内氮气基本都呈现上高下低状分布，两塔底部氮气含量几乎与在普通空气中含量相同。而本装置工作时所采用的均压流程工艺不同于传统的八阀流程工艺，当第一吸附塔吸附接近饱和后开始均压时先将第一吸附塔吸中上部纯度较高的氮气引入再生脱附结束的第二吸附塔下部，按照第一吸附塔内氮气纯度的倒三角形分布特点进行均压，再利用成品罐内的纯氮回流冲冼第二吸附塔，均压结束时，第二吸附塔内的氮气纯度从上到下都分布较高，通过再次吸附后出口氮气纯度会更高。该工艺比传统的等时上下均压工艺更节能更先进，制取的氮气纯度更高，同时降低了第二吸附塔内碳分子筛对氧气的预吸附，提高了碳分子筛的利用率及碳分子筛的产氮率，而且可节省空气耗用量。由于基于本装置的这种不等时阶梯式均压流程可使得制氮纯度和效率同时得到提高，因此比等时均压流程更加合理、科学。
[0005]作为优选，中位管道上的阀门包括第七通断阀和第八通断阀，第七通断阀和第八通断阀间设有一连接支管，连接支管的另一端连在第一吸附塔和第二吸附塔间的底部输气管道上。设置第七通断阀和第八通断阀可以在既有的管路上灵活切换，根据本装置的工艺需要建成第一吸附塔和第二吸附塔间的气体输送路径，也可以方便地实现第一吸附塔和第二吸附塔间的功能互换。
[0006]作为优选，氧气回收装置包括从外到内依次套装且同轴的外套管、中间套管和内套管，外套管的顶端设置有出气接管，出气接管的端口焊接有法兰，外套管、中间套管和内套管的顶部端口均分别焊接有顶部封盖，外套管、中间套管的底部端口设置在同一底部封盖上并与底部封盖焊接，外套管的顶部封盖中央开有排气孔，出气接管与排气孔配合并与外套管的顶部封盖焊接，底部封盖的中央开有进气孔，进气孔小于排气孔，进气孔与内套管配合，内套管的进气端凸出于底部封盖外并与底部封盖焊接，内套管的进气端端口也焊接有法兰，内套管进气端的外周面、顶面分别与中间套管进气端的内周面、顶面间留有空隙，中间套管进气端的外周面、顶面也分别与外套管进气端的内周面、顶面间留有空隙，中间套管的周面上开有多个沿周向均布的小孔，位于中间套管以内部分的内套管周面上也开有多个沿周向均布的小孔。现有的制氮机组上通常没有设置氧气回收装置，分离出的高氧气体通常直接排出，制氮机组内的气体压力较高，排出噪音很大，为此一般在制氮机组排出口设置了消音装置，消音装置中设有一定厚度的吸音棉，声波在多孔性吸音材料中传播时，受摩擦和粘滞阻力，声能转化为热能而耗散掉，余下的少量高氧气体直接排到大气中，虽然消除了噪音，但含氧量较高的气体却被浪费。本氧气回收装置工作时，压缩空气通过进气管流入内套管，经过内套管壁面上的小孔减压降噪后进入内层减压腔膨胀，再穿过中间套管壁面上的小孔进入外层减压腔再次减压膨胀，衰减后的压缩空气通过排气口从出气接管排出到专门的收集容器中，完成了压缩空气的消音降噪排空过程，由于内部没有吸音棉，气流是畅通的，不存在声能转化为热能而耗散掉问题，这样既消除了排气噪音，又没有浪费分离出的氧气。
[0007]作为优选，第一吸附塔和第二吸附塔的底部均设有气体扩散结构，该气体扩散结构包括气体分流装置、螺旋片旋风扩散装置和多个瓷球构成的瓷球分流层，气体分流装置设于第一吸附塔和第二吸附塔底部的进气口处，螺旋片旋风扩散装置位于气体分流装置上方，瓷球分流层设于螺旋片旋风扩散装置上方的第一吸附塔内腔底部。压缩空气经过气体分流装置进入第一吸附塔和第二吸附塔内，通过螺旋片旋风扩散装置的分割，均流分散继续深入第一吸附塔和第二吸附塔内部。在与惰性瓷球接触后，压缩空气在瓷球间隙中沿不规则路径逐步得到彻底分流，所有压缩气体得到充分利用，不会产生空气死角。第一吸附塔下部设有特殊的气流扩散分布装置，使气体在扩散时呈“S”螺旋形流动，和碳分子筛接触时呈“W”型流动，这不仅大大降低了气体对碳分子筛的冲击力，也使气体在吸附过程中更加均匀，并有效防止吸附“死角”和产生隧道效应，有利于提高氮气纯度和保证碳分子筛的使用寿命O
[0008]作为优选，所述瓷球分流层上方设有由干燥剂构成